简介:本文是故障指示器有关论文写作技巧范文跟指示器相关论文写作技巧范文.
摘 要：文章设计了一种新型的架空线配网故障指示器,用于监测输电线路的局放及实时运行参数,及时发现预防线路绝缘及短路故障.该装置充分利用故障指示器安装于架空线导线的位置优势和直接测量配电电流的功能优势,提出一种基于超声波局部放电监测原理和GPS/BD同步对时技术的架空线配网故障指示器,解决配网架空线路故障前监测预警和故障后精确分析的问题.
关键词：输电线路;故障监测;故障指示
中图分类号：TM76 文献标志码：A文章编号：2095-2945（2020）27-0100-04
Abstract： In this paper, a new type of overhead line distribution network fault indicator is designed to monitor the running status of tranission lines and respond to faults in a timely manner. This equipment takes advantage of the location advantage of the fault indicator installed on the overhead line conductor and the functional advantage of directly measuring the distribution current, and proposes an overhead line distribution network fault indicator based on the principle of ultrasonic partial discharge monitoring and GPS/BD synchronous time synchronization technology, so as to solve the problems of monitoring and early warning before distribution network overhead line failure and accuracy analysis after failure.
Keywords： tranission line; fault monitoring; fault indication
引言
我國城乡输电线路一般采用不同的输送介质,城市内一般采用电缆,城市之间以及广大的农村地区,仍然使用架空线路（即传统的电线杆输电线路）,架空裸导线输电容易因短路,绝缘距离不足引发各种故障,例如电弧光,电击穿等,故障发生点往往不易寻找,修复时间长.
目前已有部分架空线路采用故障指示器来实现输电线路的监测,但传统故障指示器只提供一些简单的故障指示信息,对故障原因、故障发生时的状态均无从获知,此类故障指示器依然只是故障后的指示装置,并不能实现故障前的监测和预警,故障原因分析也存在较大难度,改进此类故障指示器,对国家输电线路的发展具有重大意义.
本文利用故障指示器安装于架空线导线的位置优势和直接测量输电电流的功能优势,提出一种基于超声波局放监测原理和GPS/BD同步对时技术的故障指示器,解决了配网架空线路故障前监测预警和故障后精确分析的问题.[1-2]
1.总体设计
故障指示器由电源单元、监测单元、接口单元、主控制器和数据存储器组成;电源单元包括取能模块、储能模块和电源模块;监测单元包括温度测量模块、电流测量模块、电压测量模块和局放检测模块;接口单元包括声光指示模块、GPS/BD模块和无线通信模块.指示器采用多种取能方式,且能实现全网设备同步采样,故障分析功能更为强大.[3]
2.硬件设计
2、1 电源单元
电源单元包括：取能模块、储能模块、电源模块;
取能模块,储能模块和电源相连接,在本设计中,取能模块采用3种取能方式,分别为线圈取能,光伏取能,电池取能.在取能时,支持一种或多种取能方式同时工作.
线圈取能,利用磁生电的原理,输电线路中通入高压交流电时,线圈周围存在交变磁场,当此输电线路穿过线圈时,便会产生感应电流,为装置供能.
光伏取能,利用光伏生电的方式,为装置供电,装置上会外置一块太阳能发电板,这块电板会在接受到阳光照射时产生电能,为装置供电.
电池取能,电池供能是本装置最主要的功能方式,电池会在装置其他取能方式获取的电能不足时,提供电能.
储能模块,储能模块采用的是超级电容,超级电容在其他取能方式获取的能量过剩时,将多余的电能储存在电容中,同时超级电容中储存的电能在取能不足时,会提供电能供装置工作,目的就是最大程度的节约电能,延长装置使用寿命.[4]
2、2 监测单元
监测单元包括温度测量模块、电流测量模块、电压测量模块和局放检测模块.
温度测量模块,利用热电偶测量导线的温度变化,当线路发生短路时,电流急剧增大,会在电路上产生大量的热量,温度监测感受到温度变化,会立即响应,发送故障请求.
电流测量模块,通电导线穿过装置,装置中电流传感器能够获取线路中电流的大小和方向（相位）,装置会根据预先设定的电流参数判断电流的状态,一旦发生故障便会及时上报.
电压测量模块,通电导线穿过装置,电压传感器能够获取线路中电压的大小和方向（相位）,装置会根据预先设定的电压参数判断电压的状态,一旦发生故障便会及时上报.
局放检测模块,本装置采用超声波检测的方法监测导线绝缘损坏时,局部放电发出的高频噪声.
2.3 接口单元
接口单元包括声光指示模块、GPS/BD模块和无线通信模块.
声光指示模块,用于现场的故障指示,故障发生时间在白天时,翻牌告警;故障发生在夜晚,则LED灯闪烁警告.
GPS/BD模块,负责接收卫星的定位信号和授时信号,主控制器根据接收的信号,进行时间同步和位置信息确认.在后续的故障分析中,时间和地点的同步关系会影响到对故障问题的定位和原因判断,三相电流的相位校准也需要精确时标.
无线通信模块,采用物联网通信方式NB-IOT进行通信,连接装置和后台的系统服务器,方便操作人员观察和监测.
2、4 装置的工作流程
当装置工作时,GPS/BD模块会将其接收的定位和同步信息送至主控制器;监测单元将其监测到的各类数据送至主控制器,主控制器会根据接收到的数据进行初步的判断,如果判断为故障状态,将会向声光指示模块发出告警,指示模块随即动作,闪灯或者翻牌.同时将告警信息和采集的数据一同打无线通信模块发送至后台服务器.这些数据同时也会送至数据存储器,作为原始数据保存.
3.结构设计
故障指示器的外壳,包括上部的金属外壳和底部的中空塑料外壳,金属外壳中藏有线圈,线圈和金属外壳之间存在绝缘层,用来隔离线圈和金属外壳.在上部金属外壳贴近架设线的一侧,环绕有场强电容的一级,此场强电容会和架空线相接触,因此要求此场强电容必须为金属材质.
架空线导线穿过上部金属外壳和底部塑料中空外壳之间的孔洞,底部塑料中空外壳的外底部安装有太阳能光伏板,安装时故障指示器可绕架空线进行旋转,以便调节太阳能光伏板,使其朝向平均阳光最强的方向.调节完成后,要紧固安装,以免指示器晃动甚至脱落.
4.功能设计
本装置有四种工作模式：休眠模式,间歇工作模式,全速工作模式,强制唤醒模式.
休眠模式,当取能模块取能不足以为芯片工作供电,超级电容储能不足,且导线供电为0A时,芯片进入低功耗休眠模式,此时装置不进行采样和通信工作.此时芯片耗电量为2.5uA/MHz间歇工作模式,取能模块可以为芯片工作供能或者电容储能充足,芯片进入间歇工作模式,此时装置的采样频率下降,通信模块进入待机模式.
全速工作模式,满足以下条件之一,便进入全速工作状态：（1）取能模块取电大于工作消耗;（2）电容无法继续储能;（3）导线输电出现故障电流.此时装置全速采样,通信模块打开,等待发送和接收.
强制唤醒模式,当后台需要与装置通信,监测此时状态时,无论装置处于何种状态,强制进入全速工作模式.[5]
4、1 故障机制设计
在一个周波内采样80个采样点,输入AD转换,芯片监测采样点突变,一旦出现两个突变点,即判定为线路故障.在程序中设定一个最大偏差参数t,一旦超过这个参数即判定为突变点.随即记录装置的时间,IP地址,将此信息打包,发送至通信模块,通信模块向基站发送通信请求,建立链接.
4、2 低功耗设计
为了满足长时间野外运行,装置采用了低功耗运行模式,在低功耗运行模式下,CPU需要RTC中断来唤醒CPU工作,在一个RTC中断周期中,完成：（1）采样AD转换;（2）故障判断;（3）同步录波;（4）后台通信;（5）等待;（6）休眠;全部过程.
4、3 通信设计
本装置采用NB-IOT方式通信,全称为基于蜂窝的窄带物联网,主要应用在低速率,低功耗,大数据连接的物联网.
通信模块使用CN18S芯片,支持P和eDRX低功耗模式,共有四种通信状态：通信链接状态,空闲状态,P状态,eDRX状态.
当装置进行通信,将数据发送至后台后,随即进入空闲状态,再次启动需要开启激活定时器,定时器的时间设定为1/4个周波时间.如果定时器未被激活时,进入P状态,通信模块只保留NB-ION的信息,发射接收功能关闭,即进入休眠状态,再次通信时,需要从P唤醒.在P状态下,可能会有下行通讯数据的丢失.
当装置进入通信等待章台时,通信模块进入eDRX状态,每隔一段时间监听一次PTW（寻呼时间窗口）,PTW的大小在定时器中设定为100个周波长度.此种状态在装置间歇工作时使用,可以在保证通信的同时,最大程度上降低功耗.[6]
5.测试结果
5、1 采样录波测试
三相交流电的录形,每一相相差120°,误差在0.5°范围内,交流电输出电流大小为160A,输出波峰值为226.2A,误差在0.1A以内,其精度测试结果满足设计要求.
当电流在10A以内时,误差小于0.2A,当电流在30～100A范围时,误差小于1%,电流采样精度满足设计要求.
5、2 装置能耗测试
本设计采用的电池为3.6V,8.5Ah的一次性锂电池.按照能效75%计算,在装置无外部取能的情况下,可以为装置休眠状态供能19.67年,完全满足国家电网的企业标准.
6.结束语
传统的故障指示器,由于其指示装置故障简单的监测和分析,不能够明确的分析故障原因和及时响应故障,对突发故障的处理,很难得心应手.本设计在现有故障指示器的基础上增加GPS/BD通信功能,实现全网所有故障指示器的采样同步,使得故障分析功能更为强大;同时故障指示器具备的局放检测功能,通过对导线上的超声波进行监测,能够检测导线放电情况,可以实现绝缘故障预警;故障指示器在取能方面采用了多种方式,可实现电流线圈取能、电压场强取能、光伏取能,电池取能,同时采用超级电容进行储能,使得本装置更加稳定,工作时限更长,易于推广应用.
经过测试,本次设计的架空线故障指示器的各种功能运行良好,能够很好的兼容和适应多种工作场合,同时本次设计创新之处在于对现有技术中硬件模块的改进及其连接组合关系,而非仅仅是对硬件模块中为实现有关功能而搭载的软件或协议的改进.所以,对本装置日后的改进更加容易,以适应传输电网的发展.
参考文献：
[1]张兵锐,李芙英.输电线故障录波及定位系统的研究[J].电测与仪表,2002,39（6）：27-30.
[2]岳仁超,孙建东.新型配电网故障指示器的设计[J].电子器件,2015（4）：845-848.
[3]张兴鹏.基于C30单片机的故障指示器设计研究[D].合肥工业大学,2012.
[4]王健.基于微功率无线组网技术的故障定位系统在智能配網中的应用方案[J]广西电业,2014（03）：106-110.
[5]徐辰婧.配电网精益化规划研究及应用[D].浙江大学,2014.
[6]刘乾.基于故障指示器的配电网故障定位研究[D].广西大学,2016.
总结：回顾述说，这篇文章为关于指示器方面的论文题目可用作相关论文提纲和故障指示器文献综述的参考文献.
指示器引用文献:
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[2] 计算机故障类论文选题 计算机故障论文题目选什么比较好
[3] 计算机软件故障专业论文选题 计算机软件故障论文题目哪个好
